(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１多層膜反射鏡、発光中心領域を有する活性層、第２多層膜反射鏡および横モード調整層がこの順に積層されたレーザ構造と、保護膜とを備え、
前記第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡のいずれか一方は、対角線の交点が前記発光中心領域に対応する四辺形状の電流注入領域を有し、
前記第２多層膜反射鏡は、前記電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けられ、かつ前記電流注入領域のうち他方の対角線の長さよりも幅の狭い光出射口と、前記光出射口を間にして対向配置された一対の溝部とを有し、
前記横モード調整層は、前記光出射口に対応して設けられると共に、前記光出射口のうち前記発光中心領域に対応する中央領域を除く周辺領域の反射率が前記中央領域のそれよりも低くなっており、
前記横モード調整層のうち前記中央領域に対応する部分は、膜厚が（２ａ−１）λ／４ｎ1（ａは１以上の整数，λは発光波長，ｎ1は屈折率）、屈折率ｎ1が前記第２多層膜反射鏡の表面のそれよりも低い値を有する第１調整層と、膜厚が（２ｂ−１）λ／４ｎ2（ｂは１以上の整数，ｎ2は屈折率）、屈折率ｎ2が前記第１調整層のそれよりも高い値を有する第２調整層とをこの順に積層した構造であり、
前記横モード調整層のうち前記周辺領域に対応する部分は、膜厚が（２ｃ−１）λ／４ｎ3（ｃは１以上の整数，ｎ3は屈折率）、屈折率ｎ3が前記第１調整層のそれよりも高い値を有する第３調整層であり、
前記第１調整層と、前記第２調整層および前記第３調整層とは互いに種類の異なる誘電体により構成されるとともに、前記第２調整層および前記第３調整層は互いに同一材料により構成されており、
前記保護膜は、前記溝部の内面を全て覆うように形成されており、かつ前記第２調整層および第３調整層と同一材料により構成されている
面発光型半導体レーザ。
【請求項２】
前記第２調整層、前記第３調整層および前記保護膜は、互いに一括に形成されたものである
請求項１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１調整層は酸化物により、前記第２調整層および第３調整層は窒化物によりそれぞれ構成されている
請求項１または請求項２に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項４】
前記第２調整層、前記第３調整層および前記保護膜は、互いに同一膜厚となっている
請求項１または請求項２に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項５】
基板上に、第１多層膜反射鏡、発光中心領域を有する活性層、第２多層膜反射鏡および横モード調整層がこの順に積層されたレーザ構造を備え、
前記第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡のいずれか一方は、対角線の交点が前記発光中心領域に対応する四辺形状の電流注入領域を有し、
前記第２多層膜反射鏡は、前記電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けられ、かつ前記電流注入領域のうち他方の対角線の長さよりも幅の狭い光出射口と、前記光出射口を間にして対向配置された一対の溝部とを有し、
前記横モード調整層は、前記光出射口に対応して設けられると共に、前記光出射口のうち前記発光中心領域に対応する中央領域を除く周辺領域の反射率が前記中央領域のそれよりも低くなっており、
前記横モード調整層のうち前記中央領域に対応する部分は、膜厚が２ｄλ／４ｎ4（ｄは１以上の整数，λは発光波長，ｎ4は屈折率）、屈折率ｎ4が前記第２多層膜反射鏡の表面のそれよりも低い値を有する第４調整層であり、
前記横モード調整層のうち前記周辺領域に対応する部分は、膜厚が（２ｅ−１）λ／４ｎ5（ｅは１以上の整数，ｎ5は屈折率）、屈折率ｎ5が前記第２多層膜反射鏡の表面のそれよりも低い値を有する第５調整層である
面発光型半導体レーザ。
【請求項６】
前記第４調整層および第５調整層は同じ材料により構成されている
請求項５に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項７】
前記材料は誘電体である
請求項６に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項８】
基板上に、第１多層膜反射鏡、発光中心領域を有する活性層、第２多層膜反射鏡および横モード調整層がこの順に積層されたレーザ構造を備え、
前記第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡のいずれか一方は、対角線の交点が前記発光中心領域に対応する四辺形状の電流注入領域を有し、
前記第２多層膜反射鏡は、前記電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けられ、かつ前記電流注入領域のうち他方の対角線の長さよりも幅の狭い光出射口と、前記光出射口を間にして対向配置された一対の溝部とを有し、
前記横モード調整層は、前記光出射口に対応して設けられると共に、前記光出射口のうち前記発光中心領域に対応する中央領域を除く周辺領域の反射率が前記中央領域のそれよりも低くなっており、
前記横モード調整層のうち前記中央領域に対応する部分は、膜厚が２ｊλ／４ｎ10（ｊは１以上の整数，λは発光波長，ｎ10は屈折率）、屈折率ｎ10が前記第２多層膜反射鏡の表面のそれよりも低い値を有する第１０調整層と、膜厚が２ｋλ／４ｎ11（ｋは１以上の整数，ｎ11は屈折率）、屈折率ｎ11が前記第１０調整層のそれよりも低い値を有する第１１調整層とをこの順に積層した構造であり、
前記横モード調整層のうち前記周辺領域に対応する部分は、膜厚が（２ｍ−１）λ／４ｎ12（ｍは１以上の整数，ｎ12は屈折率）、屈折率ｎ12が前記第２多層膜反射鏡の表面のそれよりも低い値を有する第１２調整層と、膜厚が２ｐλ／４ｎ13（ｐは１以上の整数，ｎ13は屈折率）、屈折率ｎ13が前記第１２調整層のそれよりも低い値を有する第１３調整層とをこの順に積層した構造である
面発光型半導体レーザ。
【請求項９】
前記第１０調整層および第１２調整層は半導体により、前記第１１調整層および第１３調整層は誘電体によりそれぞれ構成されている
請求項８に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１０】
基板上に、第１多層膜反射鏡、発光中心領域を有する活性層、第２多層膜反射鏡および横モード調整層がこの順に積層されたレーザ構造を備え、
前記第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡のいずれか一方は、対角線の交点が前記発光中心領域に対応する四辺形状の電流注入領域を有し、
前記第２多層膜反射鏡は、前記電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けられ、かつ前記電流注入領域のうち他方の対角線の長さよりも幅の狭い光出射口と、前記光出射口を間にして対向配置された一対の溝部とを有し、
前記横モード調整層は、前記光出射口に対応して設けられると共に、前記光出射口のうち前記発光中心領域に対応する中央領域を除く周辺領域の反射率が前記中央領域のそれよりも低くなっており、
前記横モード調整層は、前記中央領域に対応する部分に、膜厚が（２ｑ−１）λ／４ｎ14（ｑは１以上の整数，λは発光波長，ｎ14は屈折率）、屈折率ｎ14が前記第２多層膜反射鏡の表面のそれよりも低い値を有する第１４調整層と、膜厚が（２ｒ−１）λ／４ｎ15（ｒは１以上の整数，ｎ15は屈折率）、屈折率ｎ15が前記第１４調整層のそれよりも高い値を有する第１５調整層とを前記第２多層膜反射鏡側からこの順に積層したものを一組としてこれを複数組積層した構造を有する
面発光型半導体レーザ。
【請求項１１】
前記第１４調整層および第１５調整層は互いに種類の異なる誘電体により構成されている
請求項１０に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１２】
前記第１４調整層は酸化物により、前記第１５調整層は窒化物によりそれぞれ構成されている
請求項１１に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１３】
基板上に、第１多層膜反射鏡、発光中心領域を有する活性層、第２多層膜反射鏡および横モード調整層がこの順に積層されたレーザ構造を備え、
前記第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡のいずれか一方は、対角線の交点が前記発光中心領域に対応する四辺形状の電流注入領域を有し、
前記第２多層膜反射鏡は、前記電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けられ、かつ前記電流注入領域のうち他方の対角線の長さよりも幅の狭い光出射口と、前記光出射口を間にして対向配置された一対の溝部とを有し、
前記横モード調整層は、前記光出射口に対応して設けられると共に、前記光出射口のうち前記発光中心領域に対応する中央領域を除く周辺領域の反射率が前記中央領域のそれよりも低くなっており、
前記横モード調整層は、前記周辺領域に対応する部分に、膜厚が（２ｓ−１）λ／４ｎ16（ｓは１以上の整数，λは発光波長，ｎ16は屈折率）、屈折率ｎ16が前記第２多層膜反射鏡の表面のそれよりも低い値を有する第１６調整層と、膜厚が２ｔλ／４ｎ17（ｔは１以上の整数，ｎ17は屈折率）、屈折率ｎ17が前記第１６調整層のそれよりも高い値を有する第１７調整層とを前記第２多層膜反射鏡側からこの順に積層した構造を有する
面発光型半導体レーザ。
【請求項１４】
前記第１６調整層および第１７調整層は互いに種類の異なる誘電体により構成されている
請求項１３に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１５】
前記第１６調整層は酸化物により、前記第１７調整層は窒化物によりそれぞれ構成されている
請求項１４に記載の面発光型半導体レーザ。
【請求項１６】
基板上に、第１多層膜反射鏡、発光中心領域を有する活性層および第２多層膜反射鏡がこの順に積層されたレーザ構造を備え、
前記第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡のいずれか一方は、対角線の交点が前記発光中心領域に対応する四辺形状の電流注入領域を有し、
前記第２多層膜反射鏡は、前記電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けられ、かつ前記電流注入領域のうち他方の対角線の長さよりも幅の狭い光出射口と、前記光出射口を間にして対向配置された一対の溝部とを有すると共に、前記光射出口において前記発光中心領域に対応する中央領域を除く周辺領域の反射率が前記中央領域のそれよりも低くなっている横モード調整層を有し、
前記第２多層膜反射鏡は、厚さがλ／４ｎc （λは発振波長、ｎc は屈折率）の低屈折率層および厚さがλ／４ｎd （ｎd は屈折率）の高屈折率層を１組として、それをｎ組分（ｎは１以上の整数）積層して構成され、
前記横モード調整層は、前記第２多層膜反射鏡のｙ組目（１＜ｙ≦ｎ，ｙおよびｎは２以上の整数）の高屈折率層からｎ組目までの半導体層のうち前記周辺領域に対応する部分をエッチングすることにより形成されている
面発光型半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上面にレーザ光の出射領域を有する面発光型半導体レーザに係り、特に、低次横モードの光出力が要求される用途に好適に適用可能な面発光型半導体レーザに関する。
【０００２】
面発光型半導体レーザは、従来の端面出射型のものとは異なり、基板に対して直交する方向に光を出射するものであり、同じ基板上に２次元アレイ状に多数の素子を配列することが可能であることから、近年、デジタルコピー機やプリンタ機用の光源として注目されている。
【０００３】
従来、この種の面発光型半導体レーザは、半導体基板上に一対の多層膜反射鏡が形成されており、その対の多層膜反射鏡の間に発光領域となる活性層を有している。そして、一方の多層膜反射鏡には、活性層への電流注入効率を高め、しきい値電流を下げるために、電流注入領域を狭めた構造を有する電流狭窄層が設けられている。また、下面側にはｎ側電極、上面側にはｐ側電極がそれぞれ設けられ、ｐ側電極にはレーザ光を出射するために光出射口が設けられている。この面発光型半導体レーザでは、電流は電流狭窄層により狭窄されたのち活性層に注入され、ここで発光し、これが一対の多層膜反射鏡で反射を繰り返しながらレーザ光としてｐ側電極の光出射口から出射される。
【０００４】
ところで、上記した面発光型半導体レーザは、一般に、素子のばらつきにより偏光方向がばらついてしまう不均一性や、出力や環境温度により偏光方向が変化してしまう不安定性を有している。そのため、このような面発光型半導体レーザをミラーやビームスプリッタといった偏波依存のある光学素子に対して適用する場合、例えば、デジタルコピー機やプリンタ機用の光源として用いる場合には、偏光方向のばらつきが像の結像位置や出力に差異を生じさせ、にじみや色むらが発生してしまうという問題がある。
【０００５】
また、上記した面発光型半導体レーザでは、レーザ光の出射領域のうち中央領域において主に基本横モード発振が生じる一方、周辺領域において主に高次横モード発振が生じることが知られている。そのため、面発光型半導体レーザを高出力にしようとして、光出射口をあまり大きくすると高次横モードのレーザ光までもが高出力で出力されてしまうという問題がある。
【０００６】
そこで、前者の問題に対して、面発光型半導体レーザの内部に偏光制御機能を設け、偏光方向を一方向に安定化させる技術がいくつか報告されている。
【０００７】
例えば、そのような技術の１つとして、（３１１）面を法線とし、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）からなる特殊な傾斜基板を用いるものがある。このように特殊な傾斜基板を用いて面発光型半導体レーザを構成した場合、［−２３３］方向に対する利得特性が高くなり、レーザ光の偏光方向をこの方向に制御することが可能となる。また、レーザ光の偏光比も非常に高いものであり、面発光型半導体レーザの偏光方向を一方向に安定化させるために有効な技術である。
【０００８】
また、特許文献１には、光出射口から出射されるレーザ光の特性に影響の及ばないような金属コンタクト層の一部に不連続部を形成し、不連続部の境界に対して平行方向をなす偏光を得る技術が開示されている。
【０００９】
また、後者の問題に対して、横モード発振の制御に関する技術が多数報告されている。  
【００１０】
例えば、特許文献２では、レーザ光の出射領域に対して、その領域の中心部分を起点とし、その起点から離れるにつれて反射損失が漸進的に増大するような損失決定素子を設ける技術が開示されている。また、特許文献３では、光の出射面に、レーザ光の出射領域を囲む周辺領域の反射率を減少させるための第２調整層および第１調整層をこの順に設ける技術が開示されている。
【００１１】
【特許文献１】特表２００１−５２５９９５号公報
【特許文献２】特開平１０−５６２３３号公報
【特許文献３】特開２０００−２２２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記した傾斜基板は、（３１１）面を法線とする特殊な基板であるため、標準的な基板である（００１）面基板などと比較して非常に高額なものである。また、このように特殊な傾斜基板を用いた場合、成長温度、ドーピング条件およびガス流量などのエピタキシャル成長条件も、（００１）面基板の場合と全く異なるため、簡易に製造するのが困難である。
【００１３】
また、上記特許文献１では、実施例として、光出射口の縁部から７μｍ離れた位置に４．０〜４．５μｍの深さの溝（不連続部）を形成したものが記載されており、これにより溝に対して平行方向をなす偏光が得られたとしている。しかしながら、共振領域の短辺側の距離を回折損失効果が生じる程度まで小さくしなければ偏光方向を一方向に安定化させることができないため、回折損失効果が得られないような範囲（短辺側の距離が７μｍ）で形成された不連続部によっては、安定化させることができないと思われる。また、このような偏光方向の安定化が、溝形成による応力や歪による効果であるならば、結晶成長や形成工程の際に素子に加わる他要因からの応力の影響が考えられる。
【００１４】
また、上記特許文献２記載の技術は、損失決定素子の表面を特定の曲面とする必要があり、そのような曲面を製造するのは容易ではないことから、実用的とはいえない。
【００１５】
また、上記特許文献３記載の技術は、レーザ光の出射領域以外の領域の反射率を減少させるために、第２調整層を多層膜反射鏡のうちアルミニウム（Ａｌ）組成の多い低屈折率層上に形成すると共にその低屈折率層よりも少ないＡｌ組成を有する高屈折率層とする必要がある。ところが、第２調整層を選択的にエッチングして上記低屈折率層を露出させることは非常に困難である。また、仮に第２調整層を選択的にエッチングすることができるとしても、Ａｌ組成の多い低屈折率層は酸化され易く、酸化による屈折率の変化を防止するために、その表面に酸化層やＡｌ組成の少ない高屈折率層を設けることが必要となる。しかしながら、そのような層をその表面に設けると、レーザ光の出射領域の反射率が低下するため、基本横モードの光出力が低下してしまう。
【００１６】
このように、従来の技術では、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することが可能な面発光型半導体レーザを、簡易かつ安価に製造するのが困難であった。また、基本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振を抑制することが可能な面発光型半導体レーザを、簡易に製造するのが困難であった。
【００１７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することが可能であり、かつ基本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振を抑制することが可能な面発光型半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の面発光型半導体レーザは、基板上に、第１多層膜反射鏡、発光中心領域を有する活性層、第２多層膜反射鏡および横モード調整層がこの順に積層されたレーザ構造を備えたものである。第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡のいずれか一方は、対角線の交点が発光中心領域に対応する四辺形状の電流注入領域を有している。また、第２多層膜反射鏡は、電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けられた光出射口と、光出射口を間にして設けられた一対の溝部とを有している。横モード調整層は、光出射口に対応して設けられると共に、光出射口のうち発光中心領域に対応する中央領域を除く周辺領域の反射率が中央領域のそれよりも低くなるように構成されている。なお、第１多層膜反射鏡と活性層との間や、活性層と第２多層膜反射鏡との間、第２多層膜反射鏡と横モード調整層との間に何らかの層が挿入されていてもよい。
【００１９】
本発明の第２の面発光型半導体レーザは、基板上に、第１多層膜反射鏡、発光中心領域を有する活性層および第２多層膜反射鏡がこの順に積層されたレーザ構造を備えたものである。第１多層膜反射鏡および第２多層膜反射鏡のいずれか一方は、対角線の交点が発光中心領域に対応する四辺形状の電流注入領域を有している。また、第２多層膜反射鏡は、電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けられた光出射口と、光出射口を間にして設けられた一対の溝部とを有すると共に、光射出口において発光中心領域に対応する中央領域を除く周辺領域の反射率が中央領域のそれよりも低くなっている横モード調整層を有している。なお、第１多層膜反射鏡と活性層との間や、活性層と第２多層膜反射鏡との間に何らかの層が挿入されていてもよい。
【００２０】
本発明の第１および第２の面発光型半導体レーザでは、電流注入領域が面内異方性をなす四辺形状となっているので、矩形の対角線以外の方向では、レーザ光の偏光成分が抑制される。すなわち、対角線方向とそれ以外の方向とで、レーザ光の偏光成分が二極化する。さらに、光出射口が電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けられると共に、その光出射口を間にして一対の溝部が設けられているので、光出射口と対応する対角線方向の偏光成分が強められる一方、他方の対角線方向の偏光成分は抑制される。これにより、レーザ光の偏光成分が一方向に固定される。なお、基板は、（ｎ１１）面基板（ｎは整数）などの特殊な基板である必要はなく、（１００）面基板でもかまわない。
【００２１】
また、光出射領域のうち中央領域を除く周辺領域の反射率が中央領域のそれよりも相対的に低くなっている。ここで、光出射領域のうち中央領域は、主に基本横モード発振が生じる領域（発光中心領域）、中央領域を囲む周辺領域は主に高次横モード発振が生じる領域にそれぞれ対応している。この中央領域と周縁との反射率の差は大きい方が好ましい。横モード調整層は、例えば酸化物および窒化物などの誘電体や、半導体により構成されており、互いに異なる物質よりなる複数の層を含んで構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１および第２の面発光型半導体レーザによれば、光出射口を電流注入領域のうち一方の対角線に対応する領域に設けると共に、その光出射口を間にして一対の溝部を設けるようにしたので、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することが可能となる。また、特殊な基板を用いる必要がないので、簡易かつ安価に製造することができる。
【００２３】
また、光出射領域のうち中央領域を除く周辺領域の反射率が中央領域のそれよりも相対的に低くなるようにしたので、基本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振を抑制することができる。また、横モード調整層は、容易に製造することができる。
【００２４】
このように、本発明の第１および第２の面発光型半導体レーザによれば、簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することが可能であり、かつ基本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の一実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１の斜視図を表すものである。図２は図１の面発光型半導体レーザ１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図３は図１の面発光型半導体レーザ１のＢ−Ｂ矢視方向の断面構造を、図４は図１のメサ部３０の上面構成を、図５は図２の電流狭窄層１１Ｃの断面構成を、図６（Ａ）は図２の横モード調整層１７およびその近傍の断面構成を、図６（Ｂ）は図２の横モード調整層１７の反射率分布をそれぞれ表したものである。
【００２７】
面発光型半導体レーザ１は、基板１０の一面側に、下部ＤＢＲミラー層１１（第１多層膜反射鏡）、下部クラッド層１２、活性層１３、上部クラッド層１４、上部ＤＢＲミラー層１５（第２多層膜反射鏡）、ｐ側コンタクト層１６および横モード調整層１７をこの順に積層したレーザ構造部を備えている。ここで、下部クラッド層１２の上部、活性層１３、上部クラッド層１４、上部ＤＢＲミラー層１５およびｐ側コンタクト層１６は、ｐ側コンタクト層１６まで形成されたのち、上面から選択的にエッチングされることにより、例えば幅４０μｍ程度の円柱状のメサ部３０となっている。
【００２８】
メサ部３０の上面の外縁部および側面には、保護膜２０およびｐ側電極２１がこの順に積層されている。基板１０の裏面には、ｎ側電極２５が形成されている。
【００２９】
基板１０、下部ＤＢＲミラー層１１、下部クラッド層１２、活性層１３、上部クラッド層１４、上部ＤＢＲミラー層１５およびｐ側コンタクト層１６は、例えばＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）系の化合物半導体によりそれぞれ構成されている。なお、ＧａＡｓ系化合物半導体とは、短周期型周期表における３Ｂ族元素のうち少なくともガリウム（Ｇａ）と、短周期型周期表における５Ｂ族元素のうち少なくともヒ素（Ａｓ）とを含む化合物半導体のことをいう。
【００３０】
基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓにより構成されている。下部ＤＢＲミラー層１１は、低屈折率層１１Ａｉおよび高屈折率層１１Ｂｉ（１≦ｉ≦ｍ，ｍは１以上の整数）を１組として、それをｍ組分積層して構成されたものである。低屈折率層１１Ａｉは、例えば厚さがλ／４ｎa （λは発振波長、ｎa は屈折率）のｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０＜ｘ１＜１）、高屈折率層１１Ｂｉは、例えば厚さがλ／４ｎb （ｎb は屈折率）のｎ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０＜ｘ２＜ｘ１）によりそれぞれ形成されている。ｎ型不純物としては、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。
【００３１】
ただし、下部ＤＢＲミラー層１１において、活性層１３側から数えてｉ組離れた低屈折率層１１Ｂｉの部位には、低屈折率層１１Ｂｉの代わりに、電流狭窄層１１Ｃが形成されている。この電流狭窄層１１Ｃにおいて、その中央領域が電流注入領域１１Ｃ−１であり、この電流注入領域１１Ｃ−１を取り囲む周辺領域が電流狭窄領域１１Ｃ−２となっている。電流注入領域１１Ｃ−１は、例えば、Ａｌx7Ｇａ1-x7Ａｓ（ｘ１＜ｘ７≦１）により構成されており、電流狭窄領域１１Ｃ−２は、メサ部３０の側面側からこれを酸化することにより得られたＡｌ2 Ｏ3 （酸化アルミニウム）を含んで構成されている。これにより、電流狭窄層１１Ｃは、ｐ側電極２１およびｎ側電極２５から注入された電流を狭窄する機能を有する。
【００３２】
電流注入領域１１Ｃ−１は、［０１１］方向および［０１−１］方向に、長さＤ２が７μｍより大きく８μｍより小さな対角線を有する四辺形（例えば菱形）状となっており、面内異方性を有している。このように電流注入領域１１Ｃ−１が［０１１］方向および［０１−１］方向に対角線を有する四辺形となるのは、Ａｌx7Ｇａ1-x7Ａｓの酸化速度が、［０１１］方向および［０１−１］方向と、これらの方向と４５°の角度をなす［００１］方向および［０１０］方向とで異なるからである。
【００３３】
このように、面内異方性をなす電流注入領域１１Ｃ−１を、下部ＤＢＲミラー層１１と上部ＤＢＲミラー層１５とを含んで構成される共振器内に設けることにより、出射光の偏光成分を変化させるようになっている。具体的には、出射光の偏光成分を四辺形の対角線方向、すなわち、［０１１］方向および［０１−１］方向に二極化するようになっている。これは、電流注入領域１１Ｃ−１の径方向の幅の大きさに応じて光の利得の大きさに差が生じることを利用したものである。
【００３４】
下部クラッド層１２は、例えばＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ（０＜ｘ３＜１）により構成されている。活性層１３は、例えばＧａＡｓ系材料により構成されている。この活性層１３では、電流注入領域１１Ｃ−１と対向する領域が発光領域であり、その発光領域の中心領域（発光中心領域１３Ａ）が主に基本横モード発振が生じる領域であり、発光領域のうち発光中心領域１３Ａを囲む領域が主に高次横モード発振が生じる領域となっている。上部クラッド層１４は、例えばＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ（０＜ｘ４＜１）により構成されている。この下部クラッド層１２、活性層１３および上部クラッド層１４は、不純物が含まれていないことが望ましいが、ｐ型またはｎ型不純物が含まれていてもよい。
【００３５】
上部ＤＢＲミラー層１５は、低屈折率層１５Ａｊおよび高屈折率層１５Ｂｊ（１≦ｊ≦ｎ，ｎは１以上の整数）を１組として、それをｎ組分積層して構成されたものである。つまり、上部ＤＢＲミラー層１５の最上層が高屈折率層１５Ｂｎとなっている。ここで、低屈折率層１５Ａｊは、例えば厚さがλ／４ｎc （λは発振波長、ｎc は屈折率）のｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ（０＜ｘ５＜１）、高屈折率層１５Ｂｊは、例えば厚さがλ／４ｎd （ｎd は屈折率）のｐ型Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ（０＜ｘ６＜ｘ５）によりそれぞれ形成されている。ｐ型不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。
【００３６】
上部ＤＢＲミラー層１５のうち電流注入領域１１Ｃ−１に対応する領域を含む領域には、光出射口２２と、一対のトレンチ（溝部）３１，３１とが設けられている。具体的には、光出射口２２は、四辺形の電流狭窄領域１１Ｃ−２のうち一方の対角線に対応する領域を含んで設けられており、一対のトレンチ３１，３１は、その光出射口２２を間にして対向配置されている。このようにトレンチ３１，３１を対向配置することにより、トレンチ３１，３１の対向面がその対向面と直交する方向（図５の［０１１］方向）の光に対して損失効果を及ぼすことができるようになっている。これにより、電流注入領域１１Ｃ−１の対角線方向に二極化された偏光成分のうち、光出射口２２と対応する対角線方向（図５の［０１−１］方向）の偏光成分が強められる一方、他方の対角線方向（図５の［０１１］方向）の偏光成分は抑制され、その結果、出射光の偏光成分が一方向に固定されるようになっている。
【００３７】
なお、トレンチ３１，３１の間隔、すなわち光出射口２２の間隔Ｄ１は、電流注入領域１１Ｃ−１の対角線の長さＤ２より狭いことが好ましい。これにより、出射光の偏光成分を一方向に固定することができるだけでなく、対角線方向（図５の［０１１］方向）の高次横モード発振も抑制することができるからである。ただし、間隔Ｄ１を狭くし過ぎると、出射光の出力が例えば約０．０１Ｗ以下に低下してしまうので、出射光の出力をある程度確保したい場合には、間隔Ｄ１を長さＤ２より極端に狭くしないことが好ましい。また、トレンチ３１，３１の断面は、図１および図４では半円形となっているが、この他の形状、例えば四辺形であってもよい。また、光出射口２２の長手方向（トレンチ３１，３１の対向面と平行な方向）の長さＬ１は、トレンチ３１，３１の長手方向（対向面と平行な方向）の長さＬ２より短いことが好ましい。
【００３８】
ｐ側コンタクト層１６は、例えばｐ型ＧａＡｓにより構成されており、上記の電流注入領域１１Ｃ−１と対向する領域に、例えば円形の開口部が設けられている。
【００３９】
横モード調整層１７は、第１調整層１７Ａと、第２調整層１７Ｂと、第３調整層１７Ｃとからなり、光出射口２２に対応する領域、すなわち一対のトレンチ３１，３１に挟まされる部位に形成されている。第１調整層１７Ａおよび第２調整層１７Ｂは、光出射口２２の中央領域２２Ａ、すなわち主に基本横モード発振が生じる領域に、この順に積層されている。第３調整層１７Ｃは、中央領域２２Ａを囲む領域（周辺領域２２Ｂ）、すなわち主に高次横モード発振が生じる領域に形成されている。なお、横モード調整層１７は光出射口２２に対応する領域に形成されていることから、横モード調整層１７の長手方向（トレンチ３１，３１の対向面と平行な方向）の長さは、光出射口２２の長手方向の長さＬ１と同様、トレンチ３１，３１の長手方向の長さＬ２より短いことが好ましい。
【００４０】
この第１調整層１７Ａは、具体的には、膜厚が（２ａ−１）λ／４ｎ1 （ａは１以上の整数，ｎ1 は屈折率）で、屈折率ｎ1 が上部ＤＢＲミラー層１５の表面に設けられた高屈折率層１５Ｂｎの屈折率より低い物質、例えばＳｉＯ2 （酸化シリコン）などの誘電体により構成されている。また、第１調整層１７Ａの幅Ｗ1 は、以下の式（１）を満たす範囲であることが好ましく、以下の式（２）を満たす範囲であることが好ましい。
【００４１】
Ｌ１／３≦Ｗ1 ≦２Ｌ１／３…（１）
３．０μｍ＜Ｗ1 ＜５．０μｍ…（２）
【００４２】
第２調整層１７Ｂは、具体的には、膜厚が（２ｂ−１）λ／４ｎ2 （ｂは１以上の整数，ｎ2 は屈折率）で、屈折率ｎ2 が第１調整層１７Ａのそれより高い材料、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）などの誘電体により構成されている。第３調整層１７Ｃは、具体的には、膜厚が（２ｃ−１）λ／４ｎ3 （ｃは１以上の整数，ｎ3 は屈折率）で屈折率ｎ3 が第１調整層１７Ａのそれより低い材料、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）などの誘電体により構成されている。
【００４３】
なお、第２調整層１７Ｂの幅Ｗ2 は、以下の式を満たす範囲であることが好ましい。
１．０μｍ＜Ｗ2 …（３）
また、第２調整層１７Ｂおよび第３調整層１７Ｃは、同一の膜厚および材料により構成されていることが好ましい。後述のように、これらの層を一括形成することができ、製造工程を簡略化することができるからである。
【００４４】
なお、中央領域２２Ａ、すなわち第１調整層１７Ａおよび第２調整層１７Ｂの積層構造の反射率をＲ1 、周辺領域２２Ｂ、すなわち第３調整層１７Ｃの反射率をＲ2 、光出射口２２にこれらの調整層を設けなかった場合の反射率をＲ3 とすると、以下の式の関係を満たすようにそれぞれの屈折率を調節することが好ましい。これにより、基本横モードの光出力を低減することなく、高次横モード発振のみを抑制することができるからである。
【００４５】
Ｒ1 ≧Ｒ3 ＞Ｒ2 …（４）
【００４６】
保護膜２０は、例えば酸化物または窒化物により形成されたもので、ｐ側コンタクト層１６の周縁部からメサ部３０の側面、更にその近傍を覆うように形成されている。
【００４７】
ｐ側電極２１は、例えばチタン（Ｔｉ）層，白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層をこの順に積層して構成されたものであり、ｐ側コンタクト層１６と電気的に接続されている。また、ｐ側電極２１は、上記のｐ側コンタクト層１６の開口部に対応する領域に開口部が設けられており、レーザ光の光軸方向から見ると、ｐ側コンタクト層１６およびｐ側電極２１の開口部からなる一つの開口部２３がメサ部３０上部に設けられているようにみえる。ただし、ｐ側コンタクト層１６およびｐ側電極２１の開口部は、それぞれ同一の内径を有している必要はなく、ｐ側電極２１の開口部の内径がｐ側コンタクト層１６のそれより大きくても良い。なお、このｐ側電極２１のうちメサ部３０の周辺基板上に形成されたパッド部２１Ａは、ワイヤーボンディングをするのに十分な表面積を有する平板状の形状となっている。
【００４８】
保護膜２４は、例えば金属材料または絶縁性材料により形成されたもので、トレンチ３１，３１の内面を全て覆うように形成されている。金属材料としては、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）、金亜鉛（ＡｕＺｎ）、クロム金（ＣｒＡｕ）、チタン（Ｔｉ）、またはアルミニウム（Ａｌ）など、また絶縁性材料としては、ポリイミド、シリコン酸化物（ＳｉＯX ）、またはシリコン窒化物（ＳｉＮX ）などが挙げられ、これら金属材料および絶縁性材料とも、発光光を吸収する材料であることが好ましい。上記に例として挙げた材料以外でも発光光に対して吸収効果のある材料であればよい。トレンチ３１，３１の対向面に直交する偏光成分が吸収されることで、この方向の偏光成分がより抑制され、出射光の偏光比を大きくすることができるからである。なお、保護膜２４でトレンチ３１，３１の内面を全て覆うことにより、上部ＤＢＲミラー層１５を保護すると共に、トレンチ３１，３１の対向面に直交する偏光成分が外部に漏れるのを抑え、光の輻射を防止するようになっている。
【００４９】
なお、保護膜２４は、第２調整層１７Ｂおよび第３調整層１７Ｃと同一の材料により構成されていることが好ましい。後述のように、これらの層を一括形成することができ、製造工程を簡略化することができるからである。
【００５０】
また、上部ＤＢＲミラー層１５の保護という観点からではなく、光の損失効果という観点からは、トレンチ３１，３１の内面のうち、底面または対向面に形成することが好ましく、例えば底面に約０．５μｍ程度以上の厚みで形成すると偏光比を大きくすることができる。
【００５１】
また、トレンチ３１，３１の内面に、ｐ側電極２１とオーミックの取りやすい金属材料（例えば、金亜鉛（ＡｕＺｎ））を充填し、ｐ側電極２１と電気的に接続するようにしてもよい。このように構成した場合、ｐ側電極２１から注入された電流が、トレンチ３１，３１の内面に形成された保護膜２４を介して活性層１３へ注入されることとなり、上部ＤＢＲミラー層１５の直列抵抗をより減少させることができるからである。
【００５２】
ｎ側電極２５は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金層，ニッケル（Ｎｉ）層および金（Ａｕ）層とを基板１０の側から順に積層した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。
【００５３】
本実施の形態に係る面発光型半導体レーザ１は、例えば次のようにして製造することができる。
【００５４】
図７（Ａ），（Ｂ）ないし図９（Ａ），（Ｂ）は、その製造方法を工程順に表すものである。なお、図７（Ａ），（Ｂ）および図８（Ａ），（Ｂ）は、製造過程の素子を図１のＢ−Ｂ矢視方向と同一の方向で切断した断面の構成を、図９（Ａ），（Ｂ）は、製造過程の素子を図１のＡ−Ａ矢視方向と同一の方向で切断した断面の構成をそれぞれ表すものである。
【００５５】
ここでは、ＧａＡｓからなる基板１０上の化合物半導体層を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成する。この際、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルシン (ＡｓＨ3)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、Ｈ2 Ｓｅを用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いる。
【００５６】
まず、図７（Ａ）に示したように、基板１０上に、下部ＤＢＲミラー層１１，下部クラッド層１２，活性層１３，上部クラッド層１４，上部ＤＢＲミラー層１５およびｐ側コンタクト層１６をこの順に積層したのち、ｐ側コンタクト層１６の上にレジスト層Ｒ１を形成する。
【００５７】
次に、図７（Ｂ）に示したように、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法により、ｐ側コンタクト層１６および上部ＤＢＲミラー層１５の一部をエッチングしてトレンチ３１，３１を形成する。このとき、トレンチ３１，３１の底部が活性層１３に到達しないようにする。
【００５８】
次に、図８（Ａ）に示したように、レジスト層（図示せず）を形成したのち、ｐ側コンタクト層１６のうち光出射口２２に対応する部分を除去する。続いて、図８（Ｂ）に示したように、レジスト層（図示せず）を形成したのち、ｐ側コンタクト層１６、上部ＤＢＲミラー層１５、上部クラッド層１４，活性層１３および下部クラッド層１２の一部を選択的に除去してメサ部３０を形成する。
【００５９】
次に、図９（Ａ）に示したように、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、メサ部３０の外側からＡｌＡｓ層１１ＤのＡｌを選択的に酸化する。これによりＡｌＡｓ層１１Ｄの周辺領域が絶縁層（酸化アルミニウム）となる。すなわち、周辺領域が電流狭窄領域１１Ｃ−２であり、その中心領域のみが電流注入領域１１Ｃ−１である電流狭窄層１１Ｃが形成される。
【００６０】
次に、メサ部３０上およびメサ部３０の周辺基板上に例えばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 法により前述の誘電体を堆積させる。その後、図９（Ｂ）に示したように、エッチングにより誘電体のうち中央領域２２Ａに対応する部分以外の領域を選択的に除去する。これにより中央領域２２Ａに第１調整層１７Ａが形成される。続いて、上記と同様の方法を用いて、第１調整層１７Ａ上に第２調整層１７Ｂを形成したのち、周辺領域２２Ｂに第３調整層１７Ｃを形成する。続いて、トレンチ３１，３１の内面に保護膜２４を、メサ部３０の側面および周辺基板上に保護膜２０をそれぞれ形成する。なお、上記誘電体は上部ＤＢＲミラー層１５などの半導体に対して優れた選択性を有しており、さらに複雑な形状とする必要がないことから、エッチングにより第１調整層１７Ａを容易に形成することができる。
【００６１】
なお、第２調整層１７Ｂ、第３調整層１７Ｃ、保護膜２４および保護膜２０を同一の膜厚および材料により構成する場合には、これらの層を一括形成することが好ましい。この場合には、例えば、メサ部３０上およびメサ部３０の周辺基板上にＣＶＤ法により誘電体を堆積したのち、誘電体のうちｐ側コンタクト層１６上に堆積した部分を選択的に除去してこれらの層を一括形成する。このように、これらの層を一括形成することにより、製造工程を簡略化することができる。
【００６２】
次に、図１に示したように、例えば真空蒸着法により、メサ部３０上およびメサ部３０の周辺基板上に前述の金属材料を積層させたのち、例えば選択エッチングにより、第２調整層１７Ｂ、第３調整層１７Ｃおよび保護膜２４を露出させて光出射口２２を形成すると共に、メサ部３０の周辺基板上にワイヤーボンディング用のパッド部２１Ａを形成する。このようにしてｐ側電極２１が形成されると共に、メサ部３０の上部に光出射口２２が形成される。
【００６３】
次いで、基板１0 の裏面を適宜研磨してその厚さを調整した後、この基板１0 の裏面にｎ側電極２５を形成する。このようにして面発光型半導体レーザ１が製造される。
【００６４】
このような構成の面発光型半導体レーザ１では、ｎ側電極２５とｐ側電極２１との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層１１Ｃにおける電流注入領域１１Ｃ−１を通して活性層１３に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部ＤＢＲミラー層１１および上部ＤＢＲミラー層１５により反射され、素子内を一往復したときの位相の変化が２πの整数倍となる波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に出射される。
【００６５】
ここで、電流注入領域１１Ｃ−１は面内異方性をなす四辺形状となっているので、矩形の対角線以外の方向では、レーザ光の偏光成分が抑制される。すなわち、対角線方向とそれ以外の方向とで、レーザ光の偏光成分が二極化する。さらに、光出射口２２が電流注入領域１１Ｃ−１のうち一方の対角線に対応する領域に設けられると共に、その光出射口２２を間にして一対のトレンチ３１，３１が設けられているので、光出射口２２と対応する対角線方向の偏光成分が強められる一方、他方の対角線方向の偏光成分は抑制される。これにより、レーザ光の偏光成分が一方向に固定される。
【００６６】
一般に、面発光型半導体レーザでは、基本横モードの光出力は、光出射口の中心部分で最も大きく、光出射口の中心部分から離れるにつれて小さくなる傾向がある。このため、面発光型半導体レーザを高出力の用途に用いる場合には、基本横モードのレーザ光をなるべく沢山取り出せるように光出射口を大きくすることが好ましい。しかしながら、高次横モードの光出力は、一般的に、光出射口の中心部分から所定の距離離れた領域において最も大きく、光出射口の中心部分に向かうにつれて小さくなる傾向があるため、光出射口をあまり大きくすると高次横モードのレーザ光までもが高出力で出力されてしまう虞がある。
【００６７】
このため、従来の面発光型半導体レーザでは、光出射口を小さくしたり、光出射口内に複雑な形状の構造物を設けるなどの対策を施して、高次横モードのレーザ光が出射されるのを抑制していた。また、面発光型半導体レーザを低出力の用途に用いる場合であっても、高次横モードのレーザ光を極力排除しようとすると、上記と同様の対策を施すことが必要であった。
【００６８】
一方、本実施の形態では、第１調整層１７Ａと第２調整層１７Ｂとが、光出射口２２の中央領域２２Ａにこの順に積層して設けられると共に、第３調整層１７Ｃが、光出射口２２の中央領域２２Ａ以外の領域（周辺領域２２Ｂ）に設けられている。これにより、図６（Ｂ）に示したように、周辺領域２２Ｂの反射率が中央領域２２Ａのそれより低くなる。これにより、基本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振のみを抑制することが可能となる。
【００６９】
また、本実施の形態では、上記したように、第１調整層１７Ａを選択的にエッチングすることが非常に容易であり、かつ第１調整層１７Ａ，第２調整層１７Ｂ，第３調整層１７Ｃを複雑な形状とする必要がないことから、面発光型半導体レーザ１を容易に製造することができる。
【００７０】
また、本実施の形態では、特殊な基板を用いる必要はなく、光出射口２２内に複雑な形状および構成のものを設ける必要がないので、簡易かつ安価に製造することができる。さらに、メサ部３０を小さくする必要がないので、電流注入領域１１Ｃ−１および光出射口２２の大面積を確保することが可能なので、下部ＤＢＲミラー層１１および上部ＤＢＲミラー層１５を含んで構成される共振器の低抵抗化およびレーザ光の高出力化を図ることが可能となる。よって、実用的な面発光型半導体レーザを得ることができる。
【００７１】
また、本実施の形態では、上記したように、一対のトレンチ３１，３１を、四辺形の電流狭窄領域１１Ｃ−２のうち一方の対角線に対応する領域を含んで設けられた光出射口２２を間にして対向配置するようにしたので、光出射口２２と対応する対角線方向の偏光成分を強めることができる一方、他方の対角線方向の偏光成分を抑制することができる。これにより、出射光の偏光成分を一方向に安定化することができる。
【００７２】
以下、本発明の他の実施の形態について説明するが、各実施の形態において、第１の実施の形態の面発光型半導体レーザ１と共通する構成、作用、製法および効果については説明を適宜省略する。
【００７３】
［第２の実施の形態］
図１０（Ａ），（Ｂ）は、第２の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ２の横モード調整層２７およびその近傍の構造と、横モード調整層２７の反射率分布をそれぞれ表すものである。この面発光型半導体レーザ２は、光出射口２２の中央領域２２Ａに設けられた第４調整層２７Ａと、周辺領域２２Ｂに設けられた第５調整層２７Ｂとで構成された横モード調整層２７により、周辺領域２２Ｂの反射率だけが中央領域２２Ａのそれより低くなるようにした点で、上記実施の形態と相違する。以下、第４調整層２７Ａおよび第５調整層２７Ｂについて説明する。なお、図１０（Ａ），（Ｂ）では、横モード調整層２７が凸形状となっている場合が例示されているが、第４調整層２７Ａおよび第５調整層２７Ｂのそれぞれの厚さの大小関係によっては凹形状となる場合もある。
【００７４】
第４調整層２７Ａでは、膜厚が２ｄλ／４ｎ4 （ｄは１以上の整数，λは発光波長，ｎ4 は屈折率）となっており、屈折率ｎ4 が上部ＤＢＲミラー層１５の表面より低い材料、例えば酸化物および窒化物などの誘電体により構成されている。なお、酸化物としては例えばＳｉＯ2 が挙げられ、窒化物としては例えばＳｉＮが挙げられる。
【００７５】
第５調整層２７Ｂでは、膜厚が（２ｅ−１）λ／４ｎ5 （ｅは１以上の整数，ｎ5 は屈折率）となっており、屈折率ｎ5 が上部ＤＢＲミラー層１５の表面より低い材料、例えば酸化物および窒化物などの誘電体により構成されている。なお、酸化物および窒化物としては上記と同様の材料が挙げられる。なお、第４調整層２７Ａおよび第５調整層２７Ｂは、同一の材料により構成されていることが好ましい。後述のように、これらの層を一括形成することができ、製造工程を簡略化することができるからである。
【００７６】
横モード調整層２７は、例えば次のようにして製造することができる。メサ部３０上およびメサ部３０の周辺基板上に例えばＣＶＤ法により上記誘電体を堆積する。その後、誘電体のうち中央領域２２Ａ以外の領域を選択的に除去すると共に、周辺領域２２Ｂを所定の厚さになるまで削る。なお、上記誘電体は上部ＤＢＲミラー層１５などの半導体に対して優れた選択性を有しており、さらに複雑な形状とする必要がないことから、エッチングにより横モード調整層２７を容易に成形することができる。
【００７７】
このように、本実施の形態の面発光型半導体レーザ２によれば、上記第１の実施の形態と同様、簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することが可能であり、かつ基本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振を抑制することができる。
【００７８】
［第３の実施の形態］
図１１（Ａ），（Ｂ）は、第３の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ４の横モード調整層４７およびその近傍の構造と、横モード調整層４７の反射率分布をそれぞれ表すものである。この面発光型半導体レーザ４は、光出射口２２の中央領域２２Ａに設けられた第１０調整層４７Ａおよび第１１調整層４７Ｂと、周辺領域２２Ｂに設けられた第１２調整層４７Ｃおよび第１３調整層４７Ｄとで構成された横モード調整層４７により、周辺領域２２Ｂの反射率だけが中央領域２２Ａのそれより低くなるようにした点で、上記実施の形態と相違する。以下、これらの調整層４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ，４７Ｄについて説明する。なお、図１１（Ａ），（Ｂ）では、横モード調整層４７が凸形状となっている場合が例示されているが、第１０調整層４７Ａ、第１１調整層４７Ｂ、第１２調整層４７Ｃ、第１３調整層４７Ｄのそれぞれの厚さの大小関係によっては凹形状となる場合もある。
【００７９】
第１０調整層４７Ａでは、膜厚が２ｊλ／４ｎ10（ｊは１以上の整数，λは発光波長，ｎ10は屈折率）となっており、屈折率ｎ10が上部ＤＢＲミラー層１５の表面より低い材料、例えば半導体により構成されている。なお、半導体としては、例えばＧａＩｎＰが挙げられる。
【００８０】
第１１調整層４７Ｂでは、膜厚が２ｋλ／４ｎ11（ｋは１以上の整数，ｎ11は屈折率）となっており、屈折率ｎ11が第１０調整層４７Ａのそれより低い材料、例えば酸化物および窒化物などの誘電体により構成されている。なお、酸化物としては、例えばＳｉＯ2 が挙げられ、窒化物としては、例えばＳｉＮが挙げられる。
【００８１】
第１２調整層４７Ｃでは、膜厚が（２ｍ−１）λ／４ｎ12（ｍは１以上の整数，λは発光波長，ｎ12は屈折率）となっており、屈折率ｎ12が上部ＤＢＲミラー層１５の表面より低い材料、例えば半導体により構成されている。なお、半導体としては上記第１０調整層４７Ａと同様の材料が挙げられる。また、第１０調整層４７Ａおよび第１２調整層４７Ｃは、同一の材料により構成されていることが好ましい。後述のように、これらの層を一括形成することができ、製造工程を簡略化することができるからである。
【００８２】
第１３調整層４７Ｄでは、膜厚が２ｐλ／４ｎ13（ｐは１以上の整数，ｎ13は屈折率）となっており、屈折率ｎ13が第１２調整層４７Ｃのそれより低い材料、例えば酸化物および窒化物などの誘電体により構成されている。なお、酸化物および窒化物としては上記第１１調整層４７Ｂと同様の材料が挙げられる。また、第１１調整層４７Ｂおよび第１３調整層４７Ｄは、同一の材料により構成されていることが好ましい。後述のように、これらの層を一括形成することができ、製造工程を簡略化することができるからである。
【００８３】
横モード調整層４７は、例えば次のようにして製造することができる。光出射口２２全体に例えばＭＯＣＶＤ法により上記半導体を成長させる。その後、成長させた半導体のうち周辺領域２２Ｂを所定の厚さになるまで選択的にエッチングして、第１０調整層４７Ａおよび第１２調整層４７Ｃを形成する。その後、光出射口２２に形成された半導体上に、例えばＣＶＤ法により上記誘電体を堆積させて、第１１調整層４７Ｂおよび第１３調整層４７Ｄを形成する。
【００８４】
このように、本実施の形態の面発光型半導体レーザ４によれば、上記第１の実施の形態と同様、簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することが可能であり、かつ基本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振を抑制することができる。
【００８５】
［第４の実施の形態］
図１２（Ａ），（Ｂ）は、第４の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ６の横モード調整層６７およびその近傍の構造と、横モード調整層６７の反射率分布をそれぞれ表すものである。この面発光型半導体レーザ６は、上記実施の形態と異なり、上部ＤＢＲミラー層１５の一部に横モード調整層６７が形成されたものである。この横モード調整層６７は、上部ＤＢＲミラー層１５のｙ組目（１＜ｙ≦ｎ，ｙおよびｎは２以上の整数）の高屈折率層１５Ｂｙからｎ組目までの半導体層のうち周辺領域２２Ｂに対応する部分をエッチングすることにより形成されたものである。これにより、図１３に示したように、周辺領  域２２Ｂの底が定在波の節となる。ここで、組数ｙは、周辺領域２２Ｂの底が定在波の強い領域に達しない程度の値であることが好ましく、例えば、ｎ−７以上、ｎ以下であることが好ましい。
【００８６】
横モード調整層６７は、例えば次のようにして製造することができる。上部ＤＢＲミラー層１５の低屈折率層１５Ａｙの部位に、ｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓの代わりに、例えばＧａＩｎＰなどからなるエッチングストップ層を形成しておく。その後、例えば酒石酸と過酸化水素水系の混合液を用いて、上部ＤＢＲミラー層１５を高屈折率層１５Ｂｙまでエッチングする。これにより、上部ＤＢＲミラー層１５の低屈折率層１５Ａｙの部位で容易にエッチングを止めることができる。なお、エッチング深さを精密に制御できる場合は、上部ＤＢＲミラー層１５の低屈折率層１５Ａｙの部位に、ｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓの代わりに、エッチングストップ層を配置しなくてもよい。
【００８７】
このように、本実施の形態の面発光型半導体レーザ６によれば、上記第１の実施の形態と同様、簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することが可能であり、かつ基本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振を抑制することができる。
【００８８】
［第５の実施の形態］
図１４（Ａ），（Ｂ）は、第５の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ７の横モード調整層７７およびその近傍の構造と、横モード調整層７７の反射率分布をそれぞれ表すものである。この面発光型半導体レーザ７は、光出射口２２の中央領域２２Ａに設けられた第１４調整層７７Ａおよび第１５調整層７７Ｂを上部ＤＢＲミラー層１５側からこの順に積層したものを一組としてこれを複数組積層した構造を有しており、これにより、中央領域２２Ａの反射率だけが周辺領域２２Ｂの反射率より高くなるようにした点で、上記実施の形態と相違する。以下、第１４調整層７７Ａおよび第１５調整層７７Ｂについて説明する。
【００８９】
第１４調整層７７Ａでは、膜厚が（２ｑ−１）λ／４ｎ14（ｑは１以上の整数，λは発光波長，ｎ14は屈折率）となっており、屈折率ｎ14が上部ＤＢＲミラー層１５の表面の屈折率より低い材料、例えば酸化物および窒化物などの誘電体により構成されている。なお、酸化物としては例えばＳｉＯ2 が挙げられ、窒化物としては例えばＳｉＮが挙げられる。
【００９０】
第１５調整層７７Ｂでは、膜厚が（２ｒ−１）λ／４ｎ15（ｒは１以上の整数，ｎ15は屈折率）となっており、屈折率ｎ15が第１４調整層７７Ａの屈折率ｎ14より低い材料、例えば酸化物および窒化物などの誘電体により構成されている。なお、第１４調整層７７Ａを酸化物により構成した場合には、第１５調整層７７Ｂをそれとは異なる材料、例えば窒化物により構成することが好ましい。なお、酸化物および窒化物としては上記と同様の材料が挙げられる。
【００９１】
横モード調整層７７は、例えば次のようにして製造することができる。メサ部３０上およびメサ部３０の周辺基板上に例えばＣＶＤ法により、屈折率ｎ14の誘電体および屈折率ｎ15の誘電体を交互に堆積する。これにより、屈折率ｎ14の誘電体および屈折率ｎ15の誘電体を上部ＤＢＲミラー層１５側からこの順に積層したものを一組としてこれを複数組積層した構造を形成する。その後、積層された複数の誘電体のうち中央領域２２Ａ以外の領域を選択的に除去する。なお、上記誘電体は上部ＤＢＲミラー層１５などの半導体に対して優れた選択性を有しており、さらに複雑な形状とする必要がないことから、エッチングにより横モード調整層７７を容易に成形することができる。
【００９２】
このように、本実施の形態の面発光型半導体レーザ７によれば、上記第１の実施の形態と同様、簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することが可能であり、かつ基本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振を抑制することができる。
【００９３】
［第６の実施の形態］
図１５（Ａ），（Ｂ）は、第６の実施の形態に係る面発光型半導体レーザ８の横モード調整層８７およびその近傍の構造と、横モード調整層８７の反射率分布をそれぞれ表すものである。この面発光型半導体レーザ８は、光出射口２２の周辺領域２２Ｂに設けられた第１６調整層８７Ａおよび第１７調整層８７Ｂとで構成された横モード調整層８７により、周辺領域２２Ｂの反射率だけが中央領域２２Ａのそれより低くなるようにした点で、上記実施の形態と相違する。以下、これらの調整層８７Ａ，８７Ｂについて説明する。
【００９４】
第１６調整層８７Ａでは、膜厚が（２ｓ−１）λ／４ｎ16（ｓは１以上の整数，λは発光波長，ｎ16は屈折率）となっており、屈折率ｎ16が上部ＤＢＲミラー層１５の表面より低い材料、例えば酸化物および窒化物などの誘電体により構成されている。なお、酸化物としては例えばＳｉＯ2 が挙げられ、窒化物としては例えばＳｉＮが挙げられる。
【００９５】
第１７調整層８７Ｂでは、膜厚が２ｔλ／４ｎ17（ｔは１以上の整数，ｎ17は屈折率）となっており、屈折率ｎ17が第１６調整層８７Ａのそれより低い材料、例えば酸化物および窒化物などの誘電体により構成されている。ここで、第１６調整層８７Ａを酸化物により構成した場合には、第１７調整層８７Ｂをそれとは異なる材料、例えば窒化物により構成することが好ましい。なお、酸化物および窒化物としては上記と同様の材料が挙げられる。
【００９６】
横モード調整層８７は、例えば次のようにして製造することができる。メサ部３０上およびメサ部３０の周辺基板上に例えばＣＶＤ法により、屈折率ｎ16の誘電体および屈折率ｎ17の誘電体をこの順に堆積する。その後、積層された複数の誘電体のうち周辺領域２２Ｂ以外の領域を選択的に除去する。なお、上記誘電体は上部ＤＢＲミラー層１５などの半導体に対して優れた選択性を有しており、さらに複雑な形状とする必要がないことから、エッチングにより横モード調整層８７を容易に成形することができる。
【００９７】
このように、本実施の形態の面発光型半導体レーザ８によれば、上記第１の実施の形態と同様、簡易かつ安価に製造可能であり、レーザ光の偏光方向を一方向に安定化することが可能であり、かつ基本横モードの光出力を低減することなく高次横モード発振を抑制することができる。
【００９８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００９９】
例えば、上記実施の形態では、横モード調整層を、第１調整層１７Ａ〜第３調整層１７Ｃ、第４調整層２７Ａ〜第５調整層２７Ｂ、第６調整層３７Ａ〜第９調整層３７Ｄ、第１０調整層４７Ａ〜第１３調整層４７Ｄ、第１４調整層７７Ａ〜第１５調整層７７Ｂあるいは第１６調整層８７Ａ〜第１７調整層８７Ｂにより構成するようにしたが、横モード調整層は他の構成であってもよく、要は、光出射口２２のうち中央領域２２Ａに対して周辺領域２２Ｂの反射率が相対的に低くなるような構成となるものであればよい。例えば、図１６に示したように、上部ＤＢＲミラー層１５のうち光出射口２２に対応する領域に例えば厚さ０．１μｍ〜０．３μｍ程度の薄い保護膜１８を形成すると共に、その保護膜１８のうち周辺領域２２Ｂに対応する領域に例えばｐ側電極２１と同一の材料からなる横モード調整層５７を形成するようにしてもよい。このように、周辺領域２２Ｂに対応する領域に金属材料を成膜すると、金属材料が上部ＤＢＲミラー層１５に拡散し、これにより、上部ＤＢＲミラー層１５のうち金属材料の拡散した部位にいわゆる「面荒れ」が生じ、周辺領域２２Ｂの反射率が低下するからである。
【０１００】
また、上記実施の形態では、トレンチ３１，３１の間隔Ｄ１を電流注入領域１１Ｃ−１の対角線の長さＤ２より狭くしていたが、対角線方向（図５の［０１１］方向）の偏光成分の抑制と、対角線方向（図５の［０１１］方向）の高次横モード発振の抑制とを互いに独立に制御したい場合には、図１７に示したように、間隔Ｄ１を長さＤ２以上に広くすることが好ましい。ただし、このようにした場合に、図１８に示したように、光射出口２２を大きくするために開口部２３を例えば長さＤ２以上の径の円形状にしたときには、トレンチ３１，３１の対向面と垂直な方向の偏光成分が多少漏れ出してくる虞がある。そこで、その漏れ出てくる虞のある偏光成分の高次横モード発振を抑制するために、横モード調整層１７において、光出射口２２の中央領域２２Ａに例えば円形状の第１調整層１７Ａおよび第２調整層１７Ｂを設けると共に、中央領域２２Ａを囲む領域（周辺領域２２Ｂ）に例えばドーナツ状の第３調整層１７Ｃを設けることが好ましい。また、横モード調整層２７、４７、６７、７７においても、上記の横モード調整層１７と同様の形状にすることにより、漏れ出てくる虞のある偏光成分の高次横モード発振を抑制することができる。
【０１０１】
また、上記実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えばＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＰ系、ＩｎＰ系、ＧａＮ系、ＧａＩｎＮ系、ＧａＩｎＮＡｓ系などのなど化合物半導体レーザにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの斜視図である。
【図２】図１のレーザのＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図３】図１のレーザのＢ−Ｂ矢視方向の断面構成図である。
【図４】図２のメサ部の上面構成図である。
【図５】図２の電流狭窄層の平面構成図である。
【図６】図２の横モード調整層の断面構成を反射率の分布と共に表す図である。
【図７】図１に示したレーザの製造過程を説明するための断面図である。
【図８】図７に続く過程を説明するための断面図である。
【図９】図８に続く過程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの横モード調整層の断面構成を反射率の分布と共に表す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの横モード調整層の断面構成を反射率の分布と共に表す図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの横モード調整層の断面構成を反射率の分布と共に表す図である。
【図１３】図１２の面発光型半導体レーザの横モード調整層中の定在波の分布図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの横モード調整層の断面構成を反射率の分布と共に表す図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態に係る面発光型半導体レーザの横モード調整層の断面構成を反射率の分布と共に表す図である。
【図１６】変形例に係る横モード調整層の断面構成図である。
【図１７】図２の横モード調整層の一変形例を説明するための断面構成図である。
【図１８】図１７のメサ部の上面構成を表す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１，２，４，６，７，８…面発光型半導体レーザ、１０…基板、１１…下部ＤＢＲミラー層、１１Ａｉ，１５Ａｊ…低屈折率層、１１Ｂｉ，１５Ｂｊ…高屈折率層、１１Ｃ…電流狭窄層、１１Ｃ−１…電流注入領域、１１Ｃ−２…電流狭窄領域、１１Ｄ…ＡｌＡｓ層、１２…下部クラッド層、１３…活性層、１３Ａ…発光中心領域、１４…上部クラッド層、１５…上部ＤＢＲミラー層、１６…ｐ側コンタクト層、１７，２７，３７，４７，５７，６７，７７…横モード調整層、１７Ａ…第１調整層、１７Ｂ…第２調整層、１７Ｃ…第３調整層、２０，２４…保護膜、２１…ｐ側電極、２１Ａ…パッド部、２２…光出射口、２２Ａ…中央領域、２２Ｂ…周辺領域、２３…開口部、２５…ｎ側電極、２７Ａ…第４調整層、２７Ｂ…第５調整層、３０…メサ部、３１…トレンチ、３７Ａ…第６調整層、３７Ｂ…第７調整層、３７Ｃ…第８調整層、３７Ｄ…第９調整層、４７Ａ…第１０調整層、４７Ｂ…第１１調整層、４７Ｃ…第１２調整層、４７Ｄ…第１３調整層、７７Ａ…第１４調整層、７７Ｂ…第１５調整層、８７Ａ…第１６調整層、８７Ｂ…第１７調整層。
【図１】
0005376104.tif 000002
【図２】
0005376104.tif 000003
【図３】
0005376104.tif 000004
【図４】
0005376104.tif 000005
【図５】
0005376104.tif 000006
【図６】
0005376104.tif 000007
【図７】
0005376104.tif 000008
【図８】
0005376104.tif 000009
【図９】
0005376104.tif 000010
【図１０】
0005376104.tif 000011
【図１１】
0005376104.tif 000012
【図１２】
0005376104.tif 000013
【図１３】
0005376104.tif 000014
【図１４】
0005376104.tif 000015
【図１５】
0005376104.tif 000016
【図１６】
0005376104.tif 000017
【図１７】
0005376104.tif 000018
【図１８】
0005376104.tif 000019